JP2003289629A - Voltage equalizer in capacitor and power storage system equipped with the device - Google Patents
Voltage equalizer in capacitor and power storage system equipped with the deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池等の二次電池を直列接続してなる蓄電装置に係り、特
に、二次電池の電圧のバラツキを均等化する蓄電装置の
電圧均等化装置及び該装置を備えた電力貯蔵システムに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power storage device in which secondary batteries such as a lithium-ion battery are connected in series, and more particularly to a voltage equalization device for a power storage device for equalizing variations in the voltage of the secondary batteries. And an electric power storage system including the device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、夜間と昼間の電力需要の差は増大
を続けており、特に夏期における昼間の電力需要は全発
電能力の上限に近づきつつある。発電能力は、最大電力
需要にあわせて構成されているが、電力需要が落ち込む
期間は、発電設備の稼働率の低下がみられ、著しく効率
性を欠いているため、電力需要の平準化が求められてい
る。一方、電力系統との連系を有しない分散型の発電機
においては、出力の変動が小さいほうが効率的であると
ともに、電力の余剰や不足を発生させないことが求めら
れている。これらの要求に対応するため、近年では電力
貯蔵システムが開発されている。この電力貯蔵システム
は、発電機の余剰電力や、電気料金が低額である夜間電
力を大型の蓄電装置に蓄え、この蓄電した電力を電力需
要が大きいときに使用するものであり、効率よく電力を
使用することができる。2. Description of the Related Art In recent years, the difference in power demand between night and day has been increasing, and the power demand in the daytime especially in summer is approaching the upper limit of the total power generation capacity. The power generation capacity is configured according to the maximum power demand, but during periods when the power demand declines, the operating rate of the power generation facilities has declined and it is extremely inefficient. Has been. On the other hand, in a distributed generator that does not have interconnection with an electric power system, it is required that the fluctuation of the output is small, which is more efficient and does not cause surplus or shortage of electric power. To meet these demands, electric power storage systems have been developed in recent years. This power storage system stores surplus power from the generator and nighttime power with a low electricity charge in a large power storage device, and uses this stored power when the power demand is high. Can be used.
【０００３】電力貯蔵システムに用いられる蓄電装置に
は、リチウムイオン電池やニッケルカドニウム電池等の
二次電池（セル）が使用され、電力供給時に要求される
５０ｋＷや１００ｋＷといった比較的大きな電力量を供
給するために、二次電池を直列に接続したモジュールを
複数並列に接続した構成を有している。A secondary battery (cell) such as a lithium-ion battery or a nickel-cadmium battery is used as a power storage device used in a power storage system and supplies a relatively large amount of power such as 50 kW or 100 kW required at the time of power supply. In order to do so, it has a configuration in which a plurality of modules in which secondary batteries are connected in series are connected in parallel.
【０００４】従来、上述した蓄電装置の充放電を効率よ
く行うために、セルの電圧のバラツキを均等化させる手
法が種々提案されている。上記電圧均等化手法の代表的
なものとして、バイパス回路手法が挙げられる。この手
法は、セル毎に電圧センサやバイパス抵抗及びバイパス
スイッチを備えるバイパス回路などを設定し、満充電状
態となったセルにおいては、バイパススイッチをオンす
ることにより充電電流をバイパス回路へ流して、セルの
過充電を回避するというものである。Conventionally, in order to efficiently charge and discharge the above-described power storage device, various methods for equalizing the variations in cell voltage have been proposed. A typical example of the voltage equalization method is a bypass circuit method. This method sets a bypass circuit including a voltage sensor and a bypass resistor and a bypass switch for each cell, and in a cell in a fully charged state, the bypass switch is turned on to allow the charging current to flow to the bypass circuit, It is to avoid overcharging the cell.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た均等化方法では、直列接続されている個々の電池の端
子電圧をそれぞれ個別の電圧検出器によって検出し、マ
イコン等によってバイパススイッチを制御しなければな
らず、回路が煩雑になるという欠点があった。However, in the above-mentioned equalization method, the terminal voltage of each battery connected in series must be detected by each individual voltage detector, and the bypass switch must be controlled by a microcomputer or the like. However, there is a drawback that the circuit becomes complicated.
【０００６】また、特許公報第２９９５１４２号には、
シャントレギュレータを用いた電圧均等化手法が開示さ
れている。しかしながら、この均等化手法では、シャン
トレギュレータ自体を充電電流のバイパス電流路として
いるため、充電電流をシャントレギュレータの定格内に
制限する必要が生じ、バイパス電流路に流れる電流を小
さくせざるを得ない。このため、電力貯蔵システムに使
用される蓄電装置のように、充電電流として比較的大き
な電流を必要とするものへの適用は難しかった。Further, Japanese Patent Publication No. 2995142 discloses that
A voltage equalization method using a shunt regulator is disclosed. However, in this equalization method, since the shunt regulator itself is used as the bypass current path of the charging current, it becomes necessary to limit the charging current within the rating of the shunt regulator, and the current flowing in the bypass current path must be reduced. . For this reason, it has been difficult to apply to a power storage device used in a power storage system that requires a relatively large current as a charging current.
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、簡単な回路構成によって二次電池の電圧のバラ
ツキを解消するとともに、充電電流として比較的大きな
電流を必要とする電力貯蔵システムへの適用が可能な蓄
電装置の電圧均等化装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is intended to provide a power storage system which eliminates the variation in the voltage of the secondary battery with a simple circuit configuration and requires a relatively large current as a charging current. It is an object of the present invention to provide a voltage equalization device for a power storage device that is applicable to.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の二次電池を直列に接続してなる蓄
電装置において、各二次電池（セル）の各々に対応して
それぞれ設けられる電圧均等化装置であって、二次電池
の充電電流をバイパスさせるためのバイパス電流路と、
前記バイパス電流路に介挿されたバイポーラトランジス
タと、前記二次電池の端子電圧が所定の電圧に達した場
合に、前記バイポーラトランジスタを作動状態とするバ
イポーラトランジスタ制御手段とを具備することを特徴
とする蓄電装置の電圧均等化装置を提供する。In order to achieve the above object, the present invention relates to each secondary battery (cell) in an electricity storage device in which a plurality of secondary batteries are connected in series. A voltage equalizing device provided respectively, and a bypass current path for bypassing the charging current of the secondary battery,
A bipolar transistor inserted in the bypass current path, and a bipolar transistor control unit that activates the bipolar transistor when the terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage. A voltage equalizing device for a power storage device is provided.
【０００９】このような構成によれば、二次電池の端子
電圧が所定の電圧、（例えば、満充電電圧）に達した場
合には、バイポーラトランジスタ制御手段がバイポーラ
トランジスタを作動状態とするので、二次電池の充電電
流はバイパス電流路を流れることとなる。これにより、
満充電電圧に達した二次電池の過充電を防止することが
できるとともに、未だ満充電電圧に達していない二次電
池については、充電を継続させることが可能となる。こ
の結果、蓄電装置を構成する二次電池の充電状態にバラ
ツキがあったとしても、全ての二次電池を確実に満充電
状態とすることが可能となる。With such a configuration, when the terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage (for example, full charge voltage), the bipolar transistor control means activates the bipolar transistor, The charging current of the secondary battery will flow through the bypass current path. This allows
It is possible to prevent overcharge of the secondary battery that has reached the full charge voltage, and to continue to charge the secondary battery that has not yet reached the full charge voltage. As a result, even if the state of charge of the secondary batteries forming the power storage device varies, it is possible to ensure that all the secondary batteries are fully charged.
【００１０】また、ここでいう作動状態とは、不飽和領
域での作動状態をいう。即ち、出力信号が入力信号に依
存しない飽和領域における作動ではなく、バイポーラト
ランジスタが抵抗成分を含む領域での作動をいう。この
ように、バイポーラトランジスタを不飽和領域において
作動させることにより、充電電流は抵抗分を含むバイパ
ス電流路に流れることとなり、この結果、バイポーラト
ランジスタを介して電圧が発生し、この電圧は、二次電
池の端子間電圧と同電圧となる。これにより、二次電池
の過充電を回避するために、バイパス電流路に充電電流
を流したとしても、蓄電装置全体における総電圧は何ら
変化しないこととなる。The operating state referred to here is an operating state in the unsaturated region. That is, it is not the operation in the saturation region where the output signal does not depend on the input signal, but the operation in the region where the bipolar transistor includes the resistance component. As described above, by operating the bipolar transistor in the unsaturated region, the charging current flows in the bypass current path including the resistance component, and as a result, a voltage is generated through the bipolar transistor, and this voltage is The voltage will be the same as the terminal voltage of the battery. As a result, even if a charging current is passed through the bypass current path in order to avoid overcharge of the secondary battery, the total voltage of the entire power storage device does not change at all.
【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の蓄電装置の電圧均等化装置において、前記バイ
ポーラトランジスタ制御手段は、シャントレギュレータ
を有し、前記シャントレギュレータは、前記二次電池の
端子電圧が所定の電圧に達することにより導通し、前記
バイポーラトランジスタは、前記シャントレギュレータ
に流れる電流に応じた入力信号が入力されることにより
作動状態となることを特徴とする。The invention described in claim 2 is the same as claim 1.
In the voltage equalization device for a power storage device according to claim 7, the bipolar transistor control means includes a shunt regulator, and the shunt regulator is turned on when the terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage, and the bipolar transistor is turned on. The transistor is activated by inputting an input signal corresponding to the current flowing through the shunt regulator.
【００１２】このような構成によれば、二次電池の端子
電圧が満充電電圧に達した場合には、シャントレギュレ
ータが導通し、これにより、バイポーラトランジスタの
入力端子に電流が流れ、バイポーラトランジスタが作動
状態となる。これにより、二次電池が満充電状態か否か
を簡単に検出することができるとともに、簡単な回路構
成によって充電電流をバイパス電流路へ流すことが可能
となる。According to this structure, when the terminal voltage of the secondary battery reaches the full charge voltage, the shunt regulator conducts, whereby current flows to the input terminal of the bipolar transistor and the bipolar transistor is turned on. Activated. This makes it possible to easily detect whether or not the secondary battery is in a fully charged state, and allow the charging current to flow to the bypass current path with a simple circuit configuration.
【００１３】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の蓄電装置の電圧均等化装置において、前記バイ
ポーラトランジスタ制御手段は、前記二次電池の端子電
圧に係る信号を入力信号として得、前記入力信号を出力
するバッファと、前記バッファの出力が入力電圧として
入力され、前記入力電圧が基準電圧よりも高かった場合
に、前記バイポーラトランジスタを作動状態とする比較
器とを具備することを特徴とする。The invention described in claim 3 is the same as claim 1
In the voltage equalization device for a power storage device according to claim 1, the bipolar transistor control means obtains a signal relating to the terminal voltage of the secondary battery as an input signal, and a buffer that outputs the input signal and an output of the buffer are input. And a comparator that activates the bipolar transistor when the input voltage is higher than a reference voltage.
【００１４】このような構成によれば、二次電池が満充
電状態か否かを簡単に検出することができるとともに、
簡単な回路構成によって充電電流をバイパス電流路へ流
すことが可能となる。With such a configuration, it is possible to easily detect whether or not the secondary battery is in a fully charged state, and
With a simple circuit configuration, the charging current can be passed through the bypass current path.
【００１５】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
〜請求項３のいずれかに記載の蓄電装置の電圧均等化装
置において、前記バイパス電流路には、抵抗が介挿され
ていることを特徴とする。The invention described in claim 4 is the same as that of claim 1.
In the voltage equalization device for a power storage device according to any one of claims 3 to 4, a resistor is inserted in the bypass current path.
【００１６】このようにバイパス電流路に抵抗を介挿さ
せることにより、バイパス電流路に流れる電流を制限す
ることができ、バイポーラトランジスタの発熱を軽減さ
せることが可能となる。By inserting the resistor in the bypass current path in this manner, the current flowing in the bypass current path can be limited, and the heat generation of the bipolar transistor can be reduced.
【００１７】また、請求項５に記載の発明は、請求項２
〜請求項４のいずれかに記載の蓄電装置の電圧均等化装
置において、前記二次電池の端子電圧は分圧抵抗によっ
て分圧されて前記シャントレギュレータの入力端子又は
前記バッファの入力端子に入力されるとともに、前記分
圧抵抗の抵抗比は変更可能であることを特徴とする。The invention according to claim 5 is the same as claim 2
In the voltage equalization device for a power storage device according to any one of claims 4 to 5, the terminal voltage of the secondary battery is divided by a voltage dividing resistor and input to the input terminal of the shunt regulator or the input terminal of the buffer. In addition, the resistance ratio of the voltage dividing resistor can be changed.
【００１８】このように、二次電池の端子電圧を分圧す
る分圧抵抗の抵抗比を可変にすることにより、二次電池
毎に充電電流をバイパス電流路に流す電圧値を設定する
ことができる。As described above, by varying the resistance ratio of the voltage dividing resistor that divides the terminal voltage of the secondary battery, the voltage value for flowing the charging current to the bypass current path can be set for each secondary battery. .
【００１９】また、本発明は、複数の二次電池を直列に
接続してなる蓄電装置を有する電力貯蔵システムであっ
て、前記蓄電装置を構成する二次電池の各々に対応し
て、該二次電池の電圧を均等化するための電圧均等化装
置が備えられ、前記電圧均等化装置は、二次電池の充電
電流をバイパスさせるためのバイパス電流路と、前記バ
イパス電流路に介挿されたバイポーラトランジスタと、
前記二次電池の端子電圧が所定の電圧に達した場合に、
前記バイポーラトランジスタを作動状態にすることによ
り、二次電池の充電電流を前記バイパス電流路にバイパ
スさせるバイパス手段とを備えることを特徴とする電力
貯蔵システムを提供する。Further, the present invention is a power storage system having a power storage device in which a plurality of secondary batteries are connected in series, and the power storage system corresponds to each of the secondary batteries constituting the power storage device. A voltage equalizing device for equalizing the voltage of the secondary battery is provided, and the voltage equalizing device is inserted in the bypass current path for bypassing the charging current of the secondary battery and the bypass current path. A bipolar transistor,
When the terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage,
By providing a bypass means for activating the charging current of the secondary battery to the bypass current path by activating the bipolar transistor, a power storage system is provided.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の一
実施形態について説明する。ここでは、本発明の一実施
形態として本発明の蓄電装置の電圧均等化装置を電力貯
蔵システムに適用した場合について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the voltage equalization device for a power storage device of the present invention is applied to a power storage system will be described as an embodiment of the present invention.
【００２１】図１は本発明の一実施形態に係る電力貯蔵
システム１５０の概略構成を示す図である。図１に示す
電力貯蔵システム１５０において、蓄電装置１は、複数
のセル（二次電池）が直列接続されて構成されるモジュ
ール電池を、更に複数直列に接続されて構成されてい
る。なお、上記セルとしては、リチウムイオン電池、ニ
ッケルカドニウム電池、ニッケル水素電池が使用され
る。そして、この蓄電装置１を複数並列に接続すること
により、電力貯蔵システム１５０全体において高い蓄電
能力を実現する。更に、各蓄電装置１と電力変換装置２
との間には、スイッチ６が設けられており、このスイッ
チ６を電池回路１１がオンオフ制御することにより、蓄
電装置１と電力変換装置２との接続を切断する。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power storage system 150 according to an embodiment of the present invention. In the power storage system 150 shown in FIG. 1, the power storage device 1 is configured by further connecting in series a plurality of module batteries configured by connecting a plurality of cells (secondary batteries) in series. A lithium ion battery, a nickel cadmium battery, or a nickel hydrogen battery is used as the cell. By connecting a plurality of power storage devices 1 in parallel, a high power storage capacity is realized in the entire power storage system 150. Further, each power storage device 1 and power conversion device 2
A switch 6 is provided between the power storage device 1 and the power conversion device 2 by controlling the switch 6 to be turned on / off by the battery circuit 11.
【００２２】電池回路１１は、蓄電装置１の信頼性、安
全性を高めるために、セルの電池電圧を均一に保つため
の電圧均等化装置の他、セルの過充電保護、過放電保
護、過電流保護、過昇温保護等を行うそれぞれの保護回
路を備える。また、電池回路１１は、モジュール電池を
構成する各セル電圧を検出する電圧センサ、蓄電装置１
の端子間電圧、即ち蓄電装置１全体の電池電圧を検出す
る電圧センサ、蓄電装置１に流れる電流を測定する電流
センサ、蓄電装置の温度を検出する温度センサ等を備え
ており、これら各種センサは、所定のタイミングで電圧
等を検出し、検出結果を充放電制御装置３へ通知する。In order to enhance the reliability and safety of the power storage device 1, the battery circuit 11 includes a voltage equalizing device for keeping the battery voltage of the cells uniform, as well as overcharge protection, overdischarge protection, and overcharge protection for the cells. Each protection circuit for current protection, overheat protection, etc. is provided. In addition, the battery circuit 11 includes a voltage sensor that detects the voltage of each cell that forms the module battery, and the power storage device 1
Is equipped with a voltage sensor that detects the voltage across terminals, that is, the battery voltage of the entire power storage device 1, a current sensor that measures the current flowing through the power storage device 1, a temperature sensor that detects the temperature of the power storage device, etc. , Detects the voltage or the like at a predetermined timing and notifies the charge / discharge control device 3 of the detection result.
【００２３】上記保護回路としては、上記電圧センサや
温度センサから伝達される種々の情報に基づいて、セル
（二次電池）の異常を検出する図示しないユニット監視
回路を設ける。ユニット監視回路は、上記情報に基づい
て過放電、加充電、過昇温、過電流等を検出した場合、
蓄電装置１と電力変換装置２との間に介在しているスイ
ッチ６をオフにすることにより、蓄電装置１を電力変換
装置２から切り離し、蓄電装置１を保護する。As the protection circuit, a unit monitoring circuit (not shown) for detecting abnormality of the cell (secondary battery) based on various information transmitted from the voltage sensor and the temperature sensor is provided. The unit monitoring circuit detects overdischarge, overcharge, excessive temperature rise, overcurrent, etc. based on the above information,
By turning off the switch 6 interposed between the power storage device 1 and the power conversion device 2, the power storage device 1 is disconnected from the power conversion device 2 and the power storage device 1 is protected.
【００２４】次に、上記電力変換装置２は、電力系統か
ら供給される交流電力から直流電力を生成し、蓄電装置
１へ出力するとともに、蓄電装置１から供給される直流
電力から交流電力を生成し、負荷系統又は電力系統へ供
給する機能を備える、いわゆる双方向インバータであ
る。この電力変換装置２は、複数のスイッチング素子
（例えば、サイリスタ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳ ＦＥ
Ｔ等）から構成されており、このスイッチング素子を充
放電制御装置３が所定のタイミングでスイッチング駆動
することにより、蓄電装置１の充電時には、電力系統か
らの交流電力を整流して蓄電装置１へ供給する整流器と
して機能し、放電時には蓄電装置１からの電力を交流変
換して負荷系統等へ出力するインバータとして機能す
る。また、このスイッチングのオンオフのデューティ比
を代えることにより、一定期間における出力電力量を増
減させることができる。Next, the power conversion device 2 generates DC power from the AC power supplied from the power system, outputs it to the power storage device 1, and generates AC power from the DC power supplied from the power storage device 1. However, it is a so-called bidirectional inverter having a function of supplying to the load system or the power system. The power conversion device 2 includes a plurality of switching elements (for example, thyristor, IGBT, power MOS FE).
The charging / discharging control device 3 performs switching drive of this switching element at a predetermined timing, so that when the power storage device 1 is charged, the AC power from the power grid is rectified to the power storage device 1. It functions as a rectifier that supplies power, and also functions as an inverter that converts the electric power from the power storage device 1 into alternating current and outputs it to a load system or the like during discharge. Also, by changing the duty ratio of this switching on / off, it is possible to increase or decrease the amount of output power in a certain period.
【００２５】また、上記電力系統とは、一般の商用電源
の他、図２に示すように、風力発電５０、燃料電池５
１、ＭＧＴ（μガスタービン）５２、太陽光発電５３、
発電所５４等の分散電源をも含む。これら各分散電源
と、電力貯蔵システム１５０とはそれぞれ信号線１００
で結ばれており、この信号線１００を経由して、各分散
電源の電力の貯蔵状態や消費状態等の情報が電力貯蔵シ
ステム１５０に通知される構成となっている。なお、信
号線１００は情報を伝達できる手段であれば、どのよう
なものでもよく、特に限定されない。In addition to the general commercial power source, the power system includes wind power generation 50 and fuel cell 5 as shown in FIG.
1, MGT (μ gas turbine) 52, solar power generation 53,
It also includes distributed power sources such as power plant 54. These distributed power sources and the power storage system 150 are connected to the signal line 100, respectively.
The power storage system 150 is notified of information such as the storage state and consumption state of power of each distributed power source via the signal line 100. Note that the signal line 100 may be any means as long as it can transmit information, and is not particularly limited.
【００２６】次に、本発明の一実施形態に係る蓄電装置
の電圧均等化装置について説明する。図３は、本発明の
一実施形態に係る蓄電装置の電圧均等化装置の内部構成
を示す図である。同図において、符号１ａ、１ｂは、図
１に示した蓄電装置１のモジュール電池を構成するセル
（二次電池）である。符号１０は、蓄電装置１を構成す
る各セル１ａ、１ｂ…に１対１対応で並列接続される電
圧均等化装置である。まず、セル１ａと並列に分圧抵抗
Ｒ３とＶＲとが接続されており、この分圧抵抗の中点が
シャントレギュレータ１３のレファレンス端子Ｒに接続
されている。ここで、分圧抵抗ＶＲは、可変抵抗であ
り、シャントレギュレータ１３は、オペアンプとツェナ
ーダイオードとが図４のように接続されたＩＣである
（例えば、製品番号ＨＡ１７４３１）。また、シャント
レギュレータ１３のアノード端子Ａは、セル１ａのマイ
ナス側に接続され、カソード端子Ｋは、直列抵抗Ｒ１と
Ｒ２とを介してセル１ａのプラス側に接続されている。
更に、抵抗Ｒ１とＲ２との中点がコレクタ接地型のバイ
ポーラトランジスタ（ここでは、ＰＮＰ型）１４のベー
スＢに接続され、そのエミッタＥがセル１ａのプラス側
に、コレクタＣがセル１ａのマイナス側に接続されてい
る。Next, a voltage equalizing device for a power storage device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of a voltage equalization device for a power storage device according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numerals 1a and 1b are cells (secondary batteries) forming the module battery of the power storage device 1 shown in FIG. Reference numeral 10 is a voltage equalization device that is connected in parallel to each of the cells 1a, 1b, ... First, the voltage dividing resistors R3 and VR are connected in parallel with the cell 1a, and the midpoint of the voltage dividing resistor is connected to the reference terminal R of the shunt regulator 13. Here, the voltage dividing resistor VR is a variable resistor, and the shunt regulator 13 is an IC in which an operational amplifier and a Zener diode are connected as shown in FIG. 4 (for example, product number HA17431). The anode terminal A of the shunt regulator 13 is connected to the negative side of the cell 1a, and the cathode terminal K is connected to the positive side of the cell 1a via series resistors R1 and R2.
Further, the midpoint between the resistors R1 and R2 is connected to the base B of a collector-grounded bipolar transistor (here, PNP type) 14, the emitter E of which is on the plus side of the cell 1a and the collector C of which is the minus of the cell 1a. Connected to the side.
【００２７】次に、本実施形態に係る電圧均等化装置１
０の動作について説明する。まず、セル１ａの充電が進
み、セル１ａの端子電圧が満充電電圧に達すると、この
満充電電圧は分圧抵抗Ｒ３とＶＲとによって分圧され
て、シャントレギュレータ１３のレファレンス端子Ｒに
印加される。これにより、シャントレギュレータ１３は
導通し、カソード端子Ｋからアノード端子Ａに向けて電
流が流れる。これにより、抵抗Ｒ１の両端に電圧差が生
じることとなり、バイポーラトランジスタ１４のエミッ
タ端子Ｅとベース端子Ｂとの間に電位差が生じ、今まで
オフ状態であったバイポーラトランジスタ１４が作動状
態となる。この結果、バイポーラトランジスタ１４を介
するバイパス電流路Ｑが形成され、このバイパス電流路
Ｑを流れた充電電流がセル１ｂへ供給される。Next, the voltage equalizing device 1 according to the present embodiment.
The operation of 0 will be described. First, when the charging of the cell 1a progresses and the terminal voltage of the cell 1a reaches the full charge voltage, this full charge voltage is divided by the voltage dividing resistors R3 and VR and applied to the reference terminal R of the shunt regulator 13. It As a result, the shunt regulator 13 becomes conductive, and a current flows from the cathode terminal K to the anode terminal A. As a result, a voltage difference is generated across the resistor R1, a potential difference is generated between the emitter terminal E and the base terminal B of the bipolar transistor 14, and the bipolar transistor 14 that has been in the off state until now is activated. As a result, the bypass current path Q via the bipolar transistor 14 is formed, and the charging current flowing through the bypass current path Q is supplied to the cell 1b.
【００２８】上述したように、各セルが満充電電圧に達
した時点で充電電流はバイパス電流路Ｑを経由して流れ
るので、満充電状態に達したセルにおいては、過充電を
防止することができ、また、満充電状態に達していない
セルについては充電を継続して行うことが可能となる。
この結果、蓄電装置１を構成するセルの充電状態にバラ
ツキがあったとしても、全てのセルを確実に満充電状態
とすることが可能となる。As described above, since the charging current flows through the bypass current path Q when each cell reaches the full charge voltage, it is possible to prevent overcharging in the cell which has reached the full charge state. In addition, it is possible to continuously charge the cells that have not reached the fully charged state.
As a result, even if the charging states of the cells forming the power storage device 1 vary, it is possible to reliably bring all the cells into the fully charged state.
【００２９】なお本実施形態における電圧均等化装置に
おいては、バイパス電流路Ｑにコレクタ接地型のバイポ
ーラトランジスタ１４を設けている。このコレクタ接地
型のバイポーラトランジスタ１４は、エミッタＥからベ
ースＢへ流れ込む電流の量に応じてバイポーラトランジ
スタ１４の抵抗値が変化する。即ち、充電電流が大きい
程、抵抗値がゼロに近くなり、バイパス電流路Ｑに流れ
る電流は大きくなり、反対に、充電電流が小さければ、
抵抗値は大きくなり、バイパス電流路Ｑに流れる電流は
小さくなる。In the voltage equalizer of this embodiment, the grounded collector bipolar transistor 14 is provided in the bypass current path Q. In the collector-grounded bipolar transistor 14, the resistance value of the bipolar transistor 14 changes according to the amount of current flowing from the emitter E to the base B. That is, the larger the charging current, the closer the resistance value becomes to zero, and the larger the current flowing in the bypass current path Q becomes. On the contrary, if the charging current is smaller,
The resistance value increases and the current flowing through the bypass current path Q decreases.
【００３０】本実施形態では、バイポーラトランジスタ
１４は、不飽和状態において作動するので、少なからず
抵抗成分を含んでいる。これにより、バイポーラトラン
ジスタ１４のエミッタＥ−コレクタＣ間の電圧は、セル
の端子電圧と同電圧となる。このため、充電電流がバイ
パス電流路Ｑに流れている状態であっても、モジュール
電池全体の端子電圧が低下することを回避することがで
きる。In the present embodiment, the bipolar transistor 14 operates in an unsaturated state and therefore contains a considerable amount of resistance component. As a result, the voltage between the emitter E and the collector C of the bipolar transistor 14 becomes the same voltage as the terminal voltage of the cell. Therefore, even if the charging current is flowing in the bypass current path Q, it is possible to prevent the terminal voltage of the entire module battery from decreasing.
【００３１】また、本実施形態によれば、分圧抵抗ＶＲ
の抵抗値は可変であるので、シャントレギュレータ１３
の入力端子へ印加するセル１ａの両端電圧の分圧比を自
由に設定することができる。これにより、充電電流をバ
イパス電流路Ｑに流す端子電圧、即ち、満充電電流をセ
ル毎に設定することが可能となる。即ち、セルは使用と
ともに劣化し、これにより満充電電圧が徐々に低下する
という特性を有している。従って、セルの劣化に伴い、
可変抵抗の分圧比を変更してやれば、各セルに応じた最
適な満充電電圧で充電を停止することができ、満充電電
流をバイパスさせることが可能となる。Further, according to the present embodiment, the voltage dividing resistor VR
Since the resistance value of is variable, the shunt regulator 13
The voltage division ratio of the voltage across the cell 1a applied to the input terminal can be freely set. As a result, it becomes possible to set the terminal voltage that causes the charging current to flow in the bypass current path Q, that is, the full charging current for each cell. That is, the cell has a characteristic that it deteriorates with use, and thereby the full charge voltage gradually decreases. Therefore, as the cell deteriorates,
If the voltage dividing ratio of the variable resistor is changed, the charging can be stopped at the optimum full-charge voltage according to each cell, and the full-charge current can be bypassed.
【００３２】なお、図３に示した電圧均等化装置１０に
おいて、バイパス電流経路Ｑに抵抗を介在させても良
い。このように抵抗を介在させることにより、バイパス
電流経路Ｑに流れる電流を確実に制限することが可能と
なる。In the voltage equalizing device 10 shown in FIG. 3, a resistor may be interposed in the bypass current path Q. By interposing the resistor in this way, the current flowing through the bypass current path Q can be surely limited.
【００３３】次に、本発明の第２の実施形態に係る蓄電
装置の電圧均等化装置について図５を参照して説明す
る。図５において、セル１ａに並列に分圧抵抗Ｒ３とＶ
Ｒとが接続され、この分圧抵抗Ｒ３とＶＲとの中点がバ
ッファＯＰのプラス端子に接続されている。また、バッ
ファＯＰのマイナス端子は、セル１ａのマイナス端子に
接続されている。バッファＯＰの出力は、比較器ＣＯＭ
Ｐのプラス端子に接続され、比較器ＣＯＭＰのマイナス
端子にはＶrefが印加されている。このＶrefは、セル１
ａの満充電電圧を分圧抵抗Ｒ３とＶＲとによって分圧し
た電圧値に設定されている。なお、比較器ＣＯＭＰは、
入力電圧と基準電圧Ｖrefとを比較し、入力電圧が基準
電圧Ｖref未満の場合は、高レベルを維持し、入力電圧
が基準電圧以上となったときに、高レベルであった出力
を低レベルへ反転させる。Next, a voltage equalizing device for a power storage device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the voltage dividing resistors R3 and V are connected in parallel with the cell 1a.
R is connected, and the midpoint between the voltage dividing resistors R3 and VR is connected to the positive terminal of the buffer OP. The negative terminal of the buffer OP is connected to the negative terminal of the cell 1a. The output of the buffer OP is the comparator COM.
It is connected to the positive terminal of P and Vref is applied to the negative terminal of the comparator COMP. This Vref is cell 1
It is set to a voltage value obtained by dividing the full charge voltage of a by the voltage dividing resistors R3 and VR. The comparator COMP is
The input voltage is compared with the reference voltage Vref, and when the input voltage is less than the reference voltage Vref, the high level is maintained, and when the input voltage is equal to or higher than the reference voltage, the high level output is changed to the low level. Invert.
【００３４】また、比較器ＣＯＭＰの出力は、コレクタ
接地型のバイポーラトランジスタ（ここでは、ＰＮＰ
型）１４のベースＢに接続され、そのエミッタＥがセル
１ａのプラス側に、コレクタＣが抵抗Ｒ４を介してセル
１ａのマイナス側に接続されている。The output of the comparator COMP is the collector-grounded bipolar transistor (here, PNP).
Type) 14 is connected to the base B, the emitter E is connected to the plus side of the cell 1a, and the collector C is connected to the minus side of the cell 1a via the resistor R4.
【００３５】次に、上記構成からなる第２の実施形態に
係る電圧均等化装置の動作について説明する。例えば、
今、セル１ａが充電されることにより、セル１ａの端子
電圧が満充電電圧に達すると、満充電電圧は、分圧抵抗
Ｒ３とＶＲとによって分圧され、バッファＯＰを介して
比較器ＣＯＭＰのプラス端子へ入力される。これによ
り、比較器ＣＯＭＰの入力電圧は基準電圧Ｖref以上と
なり、比較器ＣＯＭＰの出力は、高レベルから低レベル
に反転する。これにより、バイポーラトランジスタ１４
のベースＢの電位が急低下し、バイポーラトランジスタ
１４のエミッタＥからベースＢに向けて充電電流が流れ
込む。この結果、バイポーラトランジスタ１４と抵抗Ｒ
４とを介してバイパス電流路Ｑに充電電流が流れること
となる。Next, the operation of the voltage equalizing device according to the second embodiment having the above structure will be described. For example,
Now, when the cell 1a is charged and the terminal voltage of the cell 1a reaches the full charge voltage, the full charge voltage is divided by the voltage dividing resistors R3 and VR, and the voltage of the comparator COMP via the buffer OP. Input to the positive terminal. As a result, the input voltage of the comparator COMP becomes equal to or higher than the reference voltage Vref, and the output of the comparator COMP is inverted from the high level to the low level. As a result, the bipolar transistor 14
The electric potential of the base B of the bipolar transistor 14 suddenly drops, and the charging current flows from the emitter E of the bipolar transistor 14 toward the base B. As a result, the bipolar transistor 14 and the resistor R
The charging current will flow through the bypass current path Q via 4 and 4.
【００３６】このように、各セルが満充電電圧に達した
時点で充電電流はバイパス電流路Ｑを経由して流れるの
で、満充電状態に達したセルにおいては、過充電を防止
することができ、また、満充電状態に達していないセル
については充電を継続して行うことが可能となる。ま
た、バイポーラトランジスタ１４のエミッタＥ−コレク
タＣ間の電圧と、セルの端子電圧とは同電圧になるの
で、バイパス回路が作動している場合でも、蓄電装置１
の端子電圧、即ち、蓄電装置１を構成する各二次電池の
合計電池電圧が低下することもない。また、本実施形態
によれば、バイポーラトランジスタ１４のベースＢは、
比較器ＣＯＭＰの出力に接続されているため、バイポー
ラトランジスタ１４は飽和領域において作動する。従っ
て、抵抗成分を含まないため、上述した第１の実施形態
と違って、バイパス電流路Ｑに抵抗Ｒ４を必要とする。As described above, since the charging current flows through the bypass current path Q when each cell reaches the full charge voltage, it is possible to prevent overcharge in the cell which has reached the full charge state. Also, it becomes possible to continuously charge the cells that have not reached the fully charged state. Further, since the voltage between the emitter E and the collector C of the bipolar transistor 14 and the terminal voltage of the cell become the same voltage, even when the bypass circuit is operating, the power storage device 1
The terminal voltage, that is, the total battery voltage of the secondary batteries forming the power storage device 1 does not decrease. Further, according to the present embodiment, the base B of the bipolar transistor 14 is
Being connected to the output of the comparator COMP, the bipolar transistor 14 operates in the saturation region. Therefore, since the resistance component is not included, unlike the above-described first embodiment, the bypass current path Q requires the resistor R4.
【００３７】以上、この発明の実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計等も含まれる。Although the embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific structure is not limited to this embodiment, and includes a design etc. within the scope not departing from the gist of the present invention. Be done.
【００３８】例えば、上記第１及び第２の実施形態にお
いては、バイポーラトランジスタ１４として、コレクタ
接地のＰＮＰ型を使用したが、これに制限されない。For example, in the first and second embodiments, the collector-grounded PNP type is used as the bipolar transistor 14, but the invention is not limited to this.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の蓄電装置
の電圧均等化装置によれば、二次電池の端子電圧が満充
電電圧に達した場合には、バイポーラトランジスタ制御
手段がバイポーラトランジスタを作動状態とし、二次電
池の充電電流をバイパス電流路に流すので、満充電電圧
に達した二次電池の過充電を防止することができるとと
もに、未だ満充電電圧に達していない二次電池について
は、充電を継続させることが可能となる。この結果、蓄
電装置を構成する二次電池の充電状態にバラツキがあっ
たとしても、全ての二次電池を確実に満充電状態とする
ことが可能となる。As described above, according to the voltage equalizing device for a power storage device of the present invention, when the terminal voltage of the secondary battery reaches the full charge voltage, the bipolar transistor control means operates the bipolar transistor. Since the rechargeable battery is activated and the charging current of the rechargeable battery is passed through the bypass current path, it is possible to prevent overcharge of the rechargeable battery that has reached the full charge voltage, and for rechargeable batteries that have not yet reached the full charge voltage Can continue to be charged. As a result, even if the state of charge of the secondary batteries forming the power storage device varies, it is possible to ensure that all the secondary batteries are fully charged.
【００４０】また、請求項２に記載の蓄電装置の電圧均
等化装置によれば、二次電池の端子電圧が満充電電圧に
達した場合には、シャントレギュレータが導通し、これ
により、バイポーラトランジスタの入力端子に電流が流
れ、バイポーラトランジスタが作動状態となる。これに
より、二次電池が満充電状態か否かを簡単に検出するこ
とができるとともに、簡単な回路構成によって充電電流
をバイパス電流路へ流すことが可能となる。Further, according to the voltage equalizing device for a power storage device of the second aspect, when the terminal voltage of the secondary battery reaches the full charge voltage, the shunt regulator becomes conductive, whereby the bipolar transistor is formed. A current flows through the input terminal of and the bipolar transistor is activated. This makes it possible to easily detect whether or not the secondary battery is in a fully charged state, and allow the charging current to flow to the bypass current path with a simple circuit configuration.
【００４１】また、請求項３に記載の蓄電装置の電圧均
等化装置によれば、バイポーラトランジスタ制御手段
は、二次電池の端子電圧に係る信号を入力信号として
得、入力信号を出力するバッファと、バッファの出力が
入力電圧として入力され、入力電圧が基準電圧よりも高
かった場合に、バイポーラトランジスタを作動状態とす
る比較器とを備えるので、二次電池が満充電状態か否か
を簡単に検出することができるとともに、簡単な回路構
成によって充電電流をバイパス電流路へ流すことが可能
となる。According to another aspect of the voltage equalizing device for a power storage device of the present invention, the bipolar transistor control means obtains a signal relating to the terminal voltage of the secondary battery as an input signal, and a buffer for outputting the input signal. , The output of the buffer is input as the input voltage, and it has a comparator that activates the bipolar transistor when the input voltage is higher than the reference voltage, so it is easy to check whether the secondary battery is fully charged or not. In addition to being able to detect, it becomes possible to flow the charging current to the bypass current path with a simple circuit configuration.
【００４２】また、請求項４に記載の蓄電装置の電圧均
等化装置によれば、バイパス電流路に抵抗を介挿させる
ので、バイパス電流路に流れる電流を制限することがで
き、バイポーラトランジスタの発熱を軽減させることが
可能となる。Further, according to the voltage equalizing device for a power storage device of the fourth aspect, since the resistor is inserted in the bypass current path, the current flowing in the bypass current path can be limited, and the heat generated by the bipolar transistor can be reduced. Can be reduced.
【００４３】また、請求項５に記載の蓄電装置の電圧均
等化装置によれば、二次電池の端子電圧は分圧抵抗によ
って分圧されてシャントレギュレータの入力端子又はバ
ッファの入力端子に入力されるとともに、分圧抵抗の抵
抗比は変更可能であるので、二次電池毎に満充電電電圧
を設定することが可能となる。According to the voltage equalizing device for a power storage device of the fifth aspect, the terminal voltage of the secondary battery is divided by the voltage dividing resistor and input to the input terminal of the shunt regulator or the input terminal of the buffer. In addition, since the resistance ratio of the voltage dividing resistor can be changed, the full charge voltage can be set for each secondary battery.
【図１】 本発明の蓄電装置の電圧均等化装置が適用さ
れる電力貯蔵システムの一構成例を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a power storage system to which a voltage equalizing device for a power storage device of the present invention is applied.
【図２】 同実施形態における電力系統を構成する分散
電源の一例について説明するための系統図である。FIG. 2 is a system diagram for explaining an example of a distributed power source that constitutes the power system in the same embodiment.
【図３】 本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置の電
圧均等化装置の回路構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a voltage equalizing device for a power storage device according to a first embodiment of the present invention.
【図４】 図３に示したシャントレギュレータ１３の内
部回路を示す図である。4 is a diagram showing an internal circuit of the shunt regulator 13 shown in FIG.
【図５】 本発明の第２の実施形態に係る蓄電装置の電
圧均等化装置の回路構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a voltage equalizing device for a power storage device according to a second embodiment of the present invention.
１ 蓄電装置 １ａ、１ｂ 二次電池（セル） ２ 電力変換装置 ３ 充放電制御装置 ５ 直列電池ユニット １０ 電圧均等化装置 １１ 電池回路 １３ シャントレギュレータ １４ バイポーラトランジスタ １５０ 電力貯蔵システム Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ＶＲ 抵抗（分圧抵抗） Ｒ４ 抵抗 ＣＯＭＰ 比較器 ＯＰ バッファ 1 power storage device 1a, 1b Secondary battery (cell) 2 Power converter 3 Charge / discharge control device 5 series battery unit 10 Voltage equalizer 11 Battery circuit 13 shunt regulator 14 Bipolar transistor 150 power storage system R1, R2, R3, VR resistance (voltage dividing resistance) R4 resistance COMP comparator OP buffer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 英彦 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CA11 CC02 DA07 5H030 AA03 AA09 AS01 BB01 FF42 FF43 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hidehiko Tajima 1-1 Satinoura Town, Nagasaki City, Nagasaki Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Nagasaki Shipyard Co., Ltd. F term (reference) 5G003 AA01 BA03 CA11 CC02 DA07 5H030 AA03 AA09 AS01 BB01 FF42 FF43
Claims (6)
電装置において、前記二次電池の各々に対応してそれぞ
れ設けられる電圧均等化装置であって、 二次電池の充電電流をバイパスさせるためのバイパス電
流路と、 前記バイパス電流路に介挿されたバイポーラトランジス
タと、 前記二次電池の端子電圧が所定の電圧に達した場合に、
前記バイポーラトランジスタを作動状態とするバイポー
ラトランジスタ制御手段とを具備することを特徴とする
蓄電装置の電圧均等化装置。1. A power storage device comprising a plurality of secondary batteries connected in series, the voltage equalization device being provided for each of the secondary batteries, wherein a charging current of the secondary battery is bypassed. Bypass current path for, a bipolar transistor inserted in the bypass current path, when the terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage,
A voltage equalizing device for a power storage device, comprising: a bipolar transistor control means for activating the bipolar transistor.
は、シャントレギュレータを有し、 前記シャントレギュレータは、前記二次電池の端子電圧
が所定の電圧に達することにより導通し、 前記バイポーラトランジスタは、前記シャントレギュレ
ータに流れる電流に応じた入力信号が入力されることに
より、作動状態となることを特徴とする請求項１に記載
の蓄電装置の電圧均等化装置。2. The bipolar transistor control means includes a shunt regulator, the shunt regulator conducts when a terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage, and the bipolar transistor connects to the shunt regulator. The voltage equalization device for a power storage device according to claim 1, wherein the voltage equalization device is activated when an input signal corresponding to a flowing current is input.
は、前記二次電池の端子電圧に係る信号を入力信号とし
て得、前記入力信号を出力するバッファと、 前記バッファの出力が入力電圧として入力され、前記入
力電圧が基準電圧よりも高かった場合に、前記バイポー
ラトランジスタを作動させる比較器とを具備することを
特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の電圧均等化装
置。3. The bipolar transistor control means obtains a signal related to the terminal voltage of the secondary battery as an input signal and outputs the input signal, and an output of the buffer is input as an input voltage, The voltage equalizing device for a power storage device according to claim 1, further comprising: a comparator that operates the bipolar transistor when the voltage is higher than a reference voltage.
れていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
かに記載の蓄電装置の電圧均等化装置。4. The voltage equalizing device for a power storage device according to claim 1, wherein a resistor is inserted in the bypass current path.
って分圧されて前記シャントレギュレータの入力端子又
は前記バッファの入力端子に入力されるとともに、前記
分圧抵抗の抵抗比は変更可能であることを特徴とする請
求項２〜請求項４に記載の蓄電装置の電圧均等化装置。5. The terminal voltage of the secondary battery is divided by a voltage dividing resistor and input to the input terminal of the shunt regulator or the input terminal of the buffer, and the resistance ratio of the voltage dividing resistor is changeable. It exists, The voltage equalization apparatus of the electrical storage apparatus of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
電装置を有する電力貯蔵システムであって、 前記蓄電装置を構成する二次電池の各々に対応して、該
二次電池の電圧を均等化するための電圧均等化装置が備
えられ、 前記電圧均等化装置は、 二次電池の充電電流をバイパスさせるためのバイパス電
流路と、 前記バイパス電流路に介挿されたバイポーラトランジス
タと、 前記二次電池の端子電圧が所定の電圧に達した場合に、
前記バイポーラトランジスタを作動状態とするバイポー
ラトランジスタ制御手段とを具備することを特徴とする
電力貯蔵システム。6. A power storage system having a power storage device in which a plurality of secondary batteries are connected in series, wherein the voltage of the secondary battery corresponds to each of the secondary batteries constituting the power storage device. Is provided with a voltage equalizing device for equalizing, the voltage equalizing device, a bypass current path for bypassing the charging current of the secondary battery, a bipolar transistor inserted in the bypass current path, When the terminal voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage,
A power storage system, comprising: bipolar transistor control means for activating the bipolar transistor.
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|---|---|---|---|
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